Астрономы нашли две эталонные сверхземле

Обе принадлежат к классу надземель и имеют очень короткий период обращения вокруг своих родительских звезд красных карликов — меньше суток. А благодаря тому, что они транзитные, их отнесли к «эталонов», по которым будут исследовать формирование подобных планет и эволюцию их атмосферы. Первые результаты наблюдений за ними исследователи опубликовали в The Astronomical Journal. Планеты с ультракоротким периодом зачастую не превышают двух земных радиусов по размеру и принадлежат к классу экзопланет, которым достаточно менее суток для вращения вокруг своей родительской звезды. Впервые мы их начали наблюдать еще в конце 2000-х годов и на сегодняшний день уже зарегистрировано более 100 таких планет. Однако количество хорошо охарактеризованных ультракоротких периодичных планет с точно измеренными массами и радиусами невелика. В частности, полная характеристика у нас есть только для двух планет вокруг красных карликов — LTT 3780 и GJ 1252. Но благодаря большой международной команде исследователей из 29 научно-исследовательских институтов этот скромный список пополнился еще двумя объектами — TOI-1634b и TOI -1685b, которых нашли по данным телескопа TESS.

Оба кандидата находятся в созвездии Персея и примерно на одинаковом расстоянии от Земли: TOI-1634b находится в 114 световых годах от нас, а TOI-1685b — в 122. Их звезды имеют одинаковые характеристики, а химический состав планет соответствует земному. В TOI-1634b радиусом в 1,7 земного и массой в десять земных период обращения составляет 0,9 дня, а у гораздо меньшей TOI-1685b массой 3,43 земных и радиусом в 1,4 земного — всего 0,6. TOI-1634b кстати оказалась самой массивной ультракороткопериодичной планетой, что делает ее эталоном для оценки предельного размера ядер таких скалистых планет, а также проверки сценариев их формирования. Впрочем, идеальными для проверки гипотез их делает другая характеристика. Наблюдения с помощью инфракрасного доплеровского спектрографа, установленного на телескопе Субару показали, что планеты «голые» — им не хватает первичной толстой водородно-гелиевой атмосферы. Планеты с ультракоротким периодом часто встречаются в многопланетних системах, но статистические исследования показали, что они так же редки, как и горячие юпитеры, а частота их появления вероятно зависит от типа звезды-хозяйки. Частота встречаемости оценивается в 1,1% для карликов М-типа (красные карлики) и снижается до 0,15% для карликов F-типа (желто-белый). Ранее ученые считали, что такие ультракороткие периодические планеты представляют собой остатки каменистых или железных ядер горячих юпитеров, что потеряли свои газовые оболочки из-за близости со своими светилами. Однако эта гипотеза оказалась маловероятной, поскольку распределение металлических элементов у звезд с такими близкими над землей отличается от звезд-родителей горячих юпитеров — последние обычно находятся у богатых металлами звезд.

Чтобы объяснить существование планет с ультракоротким периодом, планетологи предлагают сценарии их внутренней миграции, а не формирование на месте. Это связано с тем, что такие объекты находятся очень близко к звезде, чтобы сформироваться с ее протопланетного диска — в этих областях она просто должна была поглотить газ и пыль, из которых рождаются планеты. Чтобы подтвердить или опровергнуть эти гипотезы, ученым необходимо сравнить предсказания отдельных теоретических моделей с наблюдаемыми свойствами систем: зависимость от типа родительской звезды, а также периода и соотношение масс соседних планет.

Толщину и химический состав атмосферы планет формирует целый комплекс процессов: аккреция газа из звездной туманности, обогащение атмосферы за счет разрушения планетезималей или дегазация с раннего магматического океана. Их понимание имеет решающее значение для интерпретации наблюдаемых характеристик планет. Моделирование показывают, что истощение и дегазация в основном зависят от массы планеты. При более высоких массах (выше 2−3 земных) атмосферу удержать легче, поскольку увеличивается градиент давления. А большая часть атмосферы теряется в первые миллиарды лет, особенно на планетах, меньших, чем три Земли.

Поскольку TOI-1634 b и TOI-1685 b находятся очень близко к звезде, их первичная атмосфера подвергается интенсивному звездном излучению, высокоэнергетическим заряженным частицам звездного ветра и выбросов корональной массы. Тем более планеты с таким коротким периодом обращения находятся под угрозой приливных сил. Так даже если бы они имели первичную атмосферу в размере 10−20% от своей общей массы, при таком приближения к звезде, ее приливные силы мгновенно снесли бы оболочку через небольшую массу ядра и высокую температуру. Ученые смоделировали долгосрочную эволюцию TOI-1634 b и TOI-1685 b под экстремальным ультрафиолетовым излучением их звезд. Так, по мнению исследователей, планеты потеряли свои первоначальные атмосферы уже в первый миллиард лет. Обе планеты внесены в список для будущих исследований благодаря яркости своих родительских звезд и будут ждать запуска телескопа имени Джеймса Вебба, который, к слову, запланированный уже на декабрь.

TESS уже три года активно ищет транзитные экзопланеты вблизи ближайших и самых ярких звезд. Недавно телескоп завершил свою основную миссию, но ее продлили до 2022 года. Nauka.ua много писала об этом открытии, а в частности о сверхземле.

Перевод материала nauka.ua